发电厂毕业设计.docx

资源描述

发电厂毕业设计.docx

《发电厂毕业设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《发电厂毕业设计.docx（39页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

发电厂毕业设计.docx

发电厂毕业设计

发电厂电气部分

课程设计

题目凝气式火电厂一次部分课程设计

学院名称电气工程学院

指导教师

职称

班级

学号

学生姓名

2010年6月10日

设计任务书——凝汽式火电厂电气一次部分

1、原始资料

1.1发电厂建设规模

1.1.1类型：

凝汽式火电厂；

1.1.2最终容量、机组的型式和参数：

2×100+2×200MW，年利用小时数6000h/a。

1.2电力系统与本厂的连接情况

1.2.1发电厂在电力系统中的作用与地位：

地区电厂；

1.2.2发电厂联入系统的电压等级220KV，出线回路数2回；

1.2.3电力系统总装机容量10000MW、短路容量12000MVA

1.2.4发电厂在系统中所处的位置、供电示意图

1.3电力负荷水平

1.3.1220KV电压等级：

架空线6回，Ⅰ级负荷，最大输送320MW，最小输送280MW，Tmax=5000h/a，cosϕ=0.85；

1.3.2110KV电压等级：

架空线12回，Ⅰ级负荷，最大输送220MW，最小输送180MW，Tmax=4500h/a，cosϕ=0.85;

1.3.3厂用电率：

8%。

1.4环境条件

1.4.1当地年最高温度40℃，年最低温度-6℃，最热月平均最高温度30℃，最热月平均最低温度24℃；

1.4.2当地海拔高100M；

1.4.3当地雷暴日38日/年

1.4.4气象条件无其他特殊要求。

2、设计任务

2.1发电厂电气主接线设计；

2.2厂用电设计；

2.3短路电流的计算；

2.4主要电气设备的选择。

3、设计成果

3.1设计说明书、计算书一份；3.2图纸一张。

1.1系统与负荷资料分析.....................................5

前言

电能是发展国民经济的基础，电力工业是能源工业、基础工业、在国家建设和国民经济发展中占据十分重要的地位，是实现国家现代化战略的重点。

近些年来电力工业迅速发展，由本世纪初电力工业从雏形发展到世纪末的超高电压、大机组、自动化、远距离输电为特色的跨地区甚至跨国大电网。

一次能源从石油、煤炭、地热、水能到核能，种类繁多，电力工业的生产运行维护专业很多，并且这些知识日日都在更新。

近年来许多200MW及以上大型机组的相继投产，330KV及以上超高压输变电工程的陆续建成和各地电力网的不断扩大，标志着我国的电力工业已经进入一个发展的新时期。

为适应新形势的要求，学校给我们安排了这次发电厂电气部分的课程设计。

本设计是针对火电厂的要求来进行配置的，它主要包括了四大部分，分别为电气主接线的选择、短路电流的计算、电气设备的选择、配电装置的选择。

其中详细描述了短路电流的计算和电气设备的选择，从不同的短路情况进行分析和计算，对不同的短路参数来进行不同种类设备的选择，并对设计进行了理论分析，在理论上证实了变电站实际可行性，达到了设计的要求。

1.电气主接线

1.1系统与负荷资料分析

（1）工程情况

由原始资料可知，所设计的发电厂为凝气式火电厂机组台数与容量为2×200+2×100=600MW，电厂年利用小时数为6000h。

由上可知，设计电厂为大中型火电厂，其容量为600MW，占电力系统总容量600/10000×100%=6%。

年利用小时数为6000h/a>5000h/a，在电力系统中将主要承担基荷，因此，该厂主接线要求有较高的可靠性。

（2）电力系统情况

该发电厂在电力系统中的作用与地位为地区电厂，地区电厂靠近城镇。

电力系统总装机容量为10000MW，短路容量为12000MVA。

该发电厂联入系统的电压等级为220KV。

（3）负荷分析

该发电厂有两个电压等级，其负荷分析分别如下：

220KV电压等级：

有架空线6回，备用两回，即6回出线，负荷类型为一级负荷，最大输送320MW，最小输送容量为250MV,最大负荷小时数为5000h/a，功率因数为0.85。

110KV电压等级：

有架空线12回，即12回出线，负荷类型为一级负荷，最大输送180MW，最小输送180MV,最大负荷小时数为4500h/a，功率因数为0.85。

由于两个电压等级所联负荷均为一级负荷，且最大负荷小时数分别为4500h/a和5000h/a，故对主接线的可靠性要求很高。

（4）环境情况

由原始资料可知，当地海拔高100m，故可采用非高原型的电气设备；当地年最高温度为40度，年最低温度为-6度，最热月平均最高温度为30度，最热月平均最低温度为24度，当地雷暴日为38日/年，故要求装设避雷器；气象条件无其他特殊要求。

（5）设备情况

原始资料中给出了四台发电机的容量，其中两台为100MW，另两台为200MV，设备的型号进行选择。

根据原始资料中给出了发电机的容量，课选择出发电机的型号，选择结果如表1.1

发电机型号及参数

发电机

型号

额定

电压（KV）

额定

功率（MW）

功率

因数

次暂态电抗

G-1、G-2

QFNS－200-2

15.75

200

0.85

0.062

G-3、G-4

TQN-100-2

10.5

100

0.85

0.156

表1.1

1.2主接线方案的选择

（1）主接线方案的比较原则

对电气主接线的基本要求，概括的说应该包括可靠性、灵活性和经济性三个方面。

可靠性:

安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠是电气主接线最基本的要求。

通常定性分析和衡量主接线可靠性时，从以下几个方面考虑：

断路器检修时，是否影响连续供电；线路、断路器或母线故障，以及在母线检修时，造成馈线停运的回路数多少和停电时间长短，能否满足重要的一、二类负荷对供电的要求；本电厂有无全厂停电的可能性；大型机组突然停电对电力系统稳定运行的影响与产生的后果等因素。

所以对大、中型发电厂电气主接线，还需进行可靠性定量计算。

灵活性：

电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。

灵活性包括以下几个方面：

操作的方便性；调度的方便性；扩建的方便性。

经济性:

在设计主接线时，主要矛盾往往发生在可靠性和经济性之间。

通常设计应在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。

经济性主要从以下几个方面考虑：

节省一次投资;占地面积少；电能损耗少。

（2）主接线方案的比较与选定

根据对原始资料的分析，现将各电压等级可能采用的较佳方案列出。

进而

以优化组合的方式，组成最佳可比方案。

110KV电压级：

出线回路数大于4回且为I级负荷，为使其出线断路器检修时不停电，应采用双母分段或双母带旁路，以保证其供电的可靠性和灵活性。

220KV电压级：

出线回路数大于4回且为I级负荷，应采用双母带旁路或一台半。

拟订两方案如表1.2

拟定的两种方案

电压等级

方案Ⅰ

方案Ⅱ

110KV

双母带旁路

220KV

双母分段带旁路

双母带旁路

表1.2

主接线方案比较表

方案

项目

方案Ⅰ

方案Ⅱ

可

靠

性

①可靠性高，无论检修母线或设备故

障、检修就不会全厂停电。

②两种电压有两台变压器联结提高可

靠性。

③220KV隔离开关不作为操作电器，

减少了故障几率。

④联络变压器起了联络和厂备用的作

用。

①可靠性高，无论检修母线或设备故障、检修就不会全厂停电。

但线

短路可能会短时停电。

②220KV检修进线断路器也不会

停电。

③220KV设备少，设备本身故障

率低。

④两台联络变压器还满足本厂的

厂备用和启动电源的要求。

灵

活

性

①110KV、220KV均有多种运行方式。

②220KV属于环网结构运行调度灵活

但相应的保护装置较复杂。

③易于扩建和实现自动化。

①110KV、220KV均有多种运行方

式。

②各种电压级接线都便于扩建和

发展。

③相应的保护装置相对简单。

经

济

性

①投资高、多需一台昂贵的断路器，并且使得操作复杂。

①相对投资少、设备数量少，年费用低。

②220KV是双母接线，相对占地面积少。

表1.3

通过对两种方案的综合分析，方案I在可靠性及灵活性方面占优势，方案Ⅱ在经济性方面占优势。

考虑到该电厂为中型凝汽式发电厂，方案Ⅱ已可以满足其供电需要，故选用方案Ⅱ为最终方案。

1.3主变压器的选择与计算

1.3.1变压器容量及台数的确定原则

（1）连接在发电机电压母线与系统之间的主变压器的容量，应考虑以下因素：

①发电机全部投入运行时，在满足发电机电压供电的日最小负荷，并扣除厂用负荷后，主变压器应能将发电机电压母线的剩余有功和无功容量送入系统。

②接在发电机电压母线上的最大一台机组检修或故障时，主变压器应能从电力系统倒送功率，保证发电机电压母线上最大负荷的需要。

③若发电机电压母线上接有两台或以上的主变压器时，当其中容量最大的一台因故退出运行时，其它主变压器在允许正常过负荷范围内，应能输送母线剩余功率的70%以上。

（2）主变压器型式的选择原则：

①相数的确定。

在330KV及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。

若受到限制时，则宜选用两台小容量的三相变压器取代一台大容量三相变压器，或者选用单相变压器。

②组数的确定。

一般当最大机组容量为125MW及以下的发电厂多采用三绕组变压器，但三绕组变压器的每个绕组的通过容量应达到该变压器额定容量的15%以上。

对于最大机组为200MW以上的发电厂，一般以采用双绕组变压器加联络变压器更为合理。

其联络变压器宜选用三绕组变压器。

③绕组接线组别的确定。

变压器三相绕组的接线组别必须和系统的相位一致，否则，不能并列运行。

我国110KV及以上电压，变压器三相绕组都采用“YN”连接，35KV采用“Y”连接，其中性点多通过消弧线圈接地，35KV以下高压电压，变压器三相绕组都采用“D”连接。

（3）变压器型号的表示方法：

变压器的型号是由字母和数字两个部分组成的，一般可表示如下：

其中：

为变压器的产品型号，由多个字母组成；为设计序号；为

额定容量，KV·A；为高压绕组电压等级，KV。

电力变压器的产品型号代表符号如表1.4所示。

变压器型号代表符号

序号

分类

类别

代表符号

相数

单相

三相

绕组外绝缘介质

变压器油

空气

成型固体

—

冷却方式

油浸自冷式

空气自冷式

风冷式

水冷式

—

油循环方式

自然循环

强迫油导向循环

强迫油循环

—

绕组数

双绕组

三绕组

—

调压方式

无励磁调压

有励磁调压

—

绕组导线材料

铜

铝

—

绕组耦合方式

自耦

分裂

表1.4

注：

符号“—”表示为不表示；

自耦变压器用作升压时，符号O列在型号之后；用作降压时，符号O列在型号之前。

根据以上绕组连接方式的原则，主变压器接线组别一般都采用YN，d11常规接线。

将4台200MW的发电机接在220KV侧，其中两台主变压器为双绕组直接连接两台发电机与220KV线路，还设计两台主变压器为三绕组连接两台发电机与220KV线路和110KV线路。

（4）变压器容量的确定：

与200MW发电机组相联的主变压器的容量为

S1=S2=（PG－P厂）×（1+10%）/cos

S1=S2=（200－200×8%）×1.1/0.85=238MW

故选择变压器的容量不能低于240MW。

与100MW发电机组相联的主变压器容量为

S3=S4=（PG－P厂）×（1+10%）/cos

S3=S4=（100－100×8%）×1.1/0.85=119MW

（5）双绕组变压器选择为SSPL-260000，其参数如表1.5所示。

主变压器参数

序号

型号

额定电压（KV）

T1T2

SSPL-260000

高压侧

低压侧

242

15.75

0.054

T3T4

SFPL1-120000

121

10.5

0.088

表1.5

（6）三绕组变压器选择为SFPSL0-240000，其参数如表1.6所示。

联络变压器（三绕组变压器）参数

序号

型号

额定电压（KV）

阻抗电压（V%）

T5T6

SFPSL0-240000

高压侧

中压侧

低压侧

高低　

高中

中低

242

121

10.5

2.58

6.07

41.0

表1.6

其中容量比2:

1.4厂用电接线方式的选择

厂用电接线除应满足正常运行安全、可靠、灵活、经济和检修、维护方便等一般要求外，尚应满足：

（1）充分考虑发电厂正常、事故、检修、启动等运行方式下的供电要求，尽可能地使切换操作简便，启动（备用）电源能在短时内投入。

（2）尽量缩小厂用电系统的故障影响范围，并应尽量避免引起全厂停电事故。

对于200MW及以上的大型机组，厂用电应是独立的，以保证一台机组故障停运或其辅助机械的电气故障，不应影响到另一台机组的正常运行。

（3）便于分期扩建或连续施工，不致中断厂用电的供应。

对公用厂用负荷的供电，须结合远景规模统筹安排，尽量便于过渡且少改变接线和更换设备。

（4）对200MW及以上的大型机组应设置足够容量的交流事故保安电源。

（5）积极慎重地采用经过试验鉴定的新技术和新设备，使厂用电系统达到先进性、经济合理，保证机组安全满发地运行。

1.4.1火力发电厂厂用电接线的设计原则

厂用电接线的设计原则基本上与主接线的设计原则相同。

首先，应保证对厂用负荷可靠和连续供电，使发电厂主机安全运转；其次，接线应能灵活地适应正常、事故、检修等各种运行方式的要求；还应适当注意其经济性和发展的可能性并积极慎重地采用新技术、新设备，使其具有可行性和先进性。

实践经验表明：

对于火电厂，当发电机容量在60MW及以下，发电机电压为10.5KV时，可采用3KV作为厂用高压电压；当容量在100MW—300MW时，宜选用6KV作为厂用高压电压；当容量在300MW以上时，可采用3KV和10KV两段电压。

火电厂厂用电率较大，为了保证厂用电系统的供电可靠性与经济性，且便于运行、检修，一般都采用“按炉分段”的接线原则，即将厂用电母线按锅炉的台数分成若干独立段，既便于运行、检修，又能使事故影响范围局限在一机一炉，不致影响正常运行的完好机炉。

低压380/220V厂用电的接线，对大型火电厂，一般采用单母分段接线，即按炉分段。

1.4.2厂用电接线形式的拟定

200MW汽轮发电机组高压厂用电系统常用的有两种供电方案，见图1.7。

方案Ⅰ（图1.7，a）为不设6KV公用负荷段，将全厂公用负荷分别接在各机组A、B段母线上，而方案II（图17，b）为单独设置二段公用负荷母线，集中供全厂公用负荷用电，该公用负荷段正常由起动备用变压器供电。

高压厂用电系统供电方案

（a）（b）

图1.7

（a）不设公用负荷母线；（b）设置公用负荷母线

方案II的优点是公用负荷集中，无过渡问题，各单元机组独立性强，便于各机组厂用母线清扫。

其缺点是由于公用负荷集中，并因起动备用变压器要用工作变压器作备用（若无第二台起动备用变压器作备用时），故工作变压器也要考虑在起动备用变压器检修或故障时带公用段运行。

因此，起动备用变压器均较方案I变压器分支的容量大，配电装备也增多，投资较大。

方案I的优点是公用负荷分接于不同机组变压器上，供电可靠性高、投资省，但也由于公用负荷接于各机组公用母线上，机组工作母线清扫时，将影响公用负荷的备用。

另外，由于公用负荷分接于两台机组的公用母线上，因此，在#1机发电时，必须也安装好#2机的6kV厂用配电装置，并用起动备用变压器供电。

由于二种方案各有优、缺点，应经过技术经济比较后选定。

而本设计采用上述方案II，厂用电压共分两级，高压为6kV，低压为380/220kV，厂用高压设全厂6kV公用厂用母线。

厂用变压器和厂备用变压器的选择见表1.7

厂用

变压器

SFF10－31500/20

6.3/

6.3

31.5/2×20

D,d12，d12

厂备用

SFF7-31500/15.75

15.75±2×2.5%

6.3

全穿越

9.5

半穿越16.6

31.5/2×20

YN，y11

表1.7

2短路电流的计算

短路计算在设计发电厂主接线的过程中有着重要作用，它为电气设备的选型、动稳定校正和热稳定校正提供依据。

当短路发生时，对发电厂供电的可靠性可能会产生很大影响，严重时，可能导致电力系统失去稳定，甚至造成系统解列。

因此，对短路事故的计算是非常有必要的，而且是必须进行一项工作。

2.1．短路计算的一般规则

2.1.1短路电流计算中，采用以下假设条件和原则：

（1）正常工作时，三相系统对称运行。

（2）所有电源的电动势相位角相同。

（3）系统中的同步和异步电机均为理想电机，不考虑电机磁饱和、磁滞、涡流及导体集肤效应等影响；转子结构完全对称；定子三相绕组空间位置相差120电气角度。

（4）电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化。

（5）电力系统中所有电源都在额定负荷下运行，其中50%负荷接在高压母线上，50%负荷接在系统侧。

（6）同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）。

（7）短路发生在短路电流为最大值的瞬间。

（8）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。

（9）计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻都略去不计。

（10）元件的计算参数均取其额定值，不考虑参数的误差和调整范围。

（11）输电线路的电容略去不计。

（12）用概率统计法则制定短路电流运算曲线。

2.1.2短路计算的一般规定

（1）验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工程的设计规划内容计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本工程建成后5至10年）。

确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。

（2）选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具体反馈作用对异步电机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。

（3）选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流最大的点。

对带电抗器的6KV至10KV出线与厂用分支回路，除其母线与母线隔离开关之间隔离板前的引线和套管的计算短路点选择在电抗器前外，其余导体和电器的计算短路点选择在电抗器后。

（4）导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路验算。

若发电机出口的两相短路或中性点直接接地系统以及自耦变压器等回路中的两相短路严重时，则应按严重的情况计算。

2.2短路电流的计算

短路电流由于其值很大，在极短的时间内就能产生较大的损耗，由于来不急散发热量而造成电气设备的温度急剧升高，引起设备的老化或损坏，对供电的可靠性产生影响。

当所选设备不能满足短路电流的限制时，对供电的可靠性将产生极为严重的影响。

为此，在设计主接线时，应计算短路电流。

短路电流计算的目的是为设备的选型提供依据；初步考察短路事故对发电厂以及系统的可靠性和稳定性的影响，为电厂主接线形式的选定、继电保护装置的选择和整定计算提供依据。

此外，通过对短路电流的计算，还可初步确定系统的损耗，为发电厂的经济运行提供依据。

本次短路计算中，选取了两个短路计算点，110KV母线和220KV母线上各一个；短路类型定为对系统影响最为严重的三相短路。

详细计算过程见附录I。

2.3短路电流计算表

短路电流计算的结果汇总在短路电流计算表中，如表2.1所示。

表2.1短路电流计算表

短

路

点

编

号

短路

点平

均电

压

（kv）

基准

电流

（KA）

分支线

名称

分支

电抗

xjs

分支

额定

电流

（KA）

短路电流标么值

短路电流值

0.2s

230

0.25

系统C

G1,G2

G3,G4

0.0104

0.2726

0.360

0.25

1.18

0.60

96.5

3.872

2.975

96.15

2.939

2.403

96.15

2.464

2.419

96.15

2.415

2.109

96.15

2.378

2.250

24.04

4.569

1.785

24.04

3.468

1.442

24.04

2.906

1.451

24.04

2.850

1.265

24.04

2.806

1.350

小计

30.39

28.93

28.40

28.16

28.20

115

0.50

系统C

G1,G2

G3,G4

0.0463

1.2126

0.2879

0.50

2.36

1.18

21.60

0.860

3.872

21.60

0.800

3.274

21.60

0..898

2.464

21.60

0.915

2.415

21.60

0.915

2.378

10.80

2.030

4.569

10.80

1.888

3.468

10.80

2.119

2.906

10.80

2.159

2.850

10.80

2.159

2.806

小计

17.40

16.16

15.83

15.81

15.77

115

0.50

系统C

G1,G2

G3,G4

0.1668

2.6560

0.1841

5.50

32.33

6.49

5.995

0.385

6.020

5.995

0.369

4.016

5.995

0.386

2.44

5.995

0.386

2.659

5.995

0.386

2.476

32.97

12.45

39.07

32.97

11.93

26.07

32.97

12.48

19.11

32.97

12.48

17.26

32.97

12.48

16.07

小计

84.49

70.96

64.56

62.71

61.52

3电气设备的选择

正确选择电气设备是电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。

在进行电器选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电气设备。

尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求确是一致的。

电气设备要可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验动、热稳定性。

本设计，电气设

展开阅读全文